不良导体导热系数实验误差分析与改进.pdf

《不良导体导热系数实验误差分析与改进.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第32卷第2期玉林师范学院学报（自然科学）Vol.32No.22011年JOURNALOFYULINNORMALUNIVERSITY(NaturalScience)不良导体导热系数实验误差分析与改进□黄 平，何天德（玉林师范学院电子与通讯工程学院，广西玉林537000）  [摘要]采用传热学的相关理论，对用稳态法测量不良导体导热系数的实验过程中的误差进行分析，给出了一种数据处理以及实验方法的修正方案.[关键词]导热系数；数据处理；实验方法[中图分类号]O551.3；G642.0[文献标识码]A[文章编号]1004-4671（20

2、11）02-0050-03良导体导热系数的测量实验是一般理工科两块铜盘在稳定传热时的温度T1、T2，即可获得样不院校必做的基础物理实验之一.本文对该品内的温度梯度：实验的现状进行分析，从学生主体和实dTT1-T2(2)=验操作本身及数据处理方面分析实验误差产生的原dZh数学因，在不改变现有实验仪器的情况下，提出相对合理的解决方式从而提高该实验在物理实验教学中的Q效果.本文以DR-1型导热系数测定仪为实验仪器，·加热铜盘A[1]物理学采用稳态法测量橡胶皮的导热系数为例加以论述.h橡胶盘B1实验原理散热铜盘P当物体内部各处温度不均匀

3、时，就会有热量从温度较高处传向较低处，这种现象称为热传导.当D热量是沿着一个方向（设为z方向）传导时，根据图1导热系数测量示意图傅立叶热传导定律可写为:dT在没有侧面散热的情况下，系统达到稳态时低(1)dQ=-mbldS:dtdZZ0温侧铜盘的散热速率等于夹在两块铜盘间橡胶的传该式表示在dt时间内通过dS面的热量为dQ，dT为热速率.测出低温侧铜盘在稳态T2下的散热速率即dZ可测出橡胶的传热速率：温度梯度，λ为热导率，它的大小由物体本身的物dQdQ理性质决定，单位为w/(m·℃)，它是表征物质导dt=-mcdt(3)T2T2热性

4、能大小的物理量，式中负号表示热量传递向着式中m、c分别为散热铜盘的质量和比热容，负号表降低的方向进行.稳态法测量不良导体导热系数实示热量沿低温方向传递.这样，散热速率转换为某验装置的简单结构如图1所示，将厚度为h、直径为个温度下的温度梯度，通过测量散热铜盘在T2处的D、厚薄均匀的圆形平板橡胶置于两块导热良好、温度梯度，从而得到铜盘在稳态温度T2时的散热速直径相同的圆铜盘之间，当h<

5、厚度h和空气中的散热速率，而在实验中稳态传热时，散热[收稿日期]2011-01-15[作者简介]黄平，玉林师范学院电子与通讯工程学院，讲师。0黄平等不良导体导热系数实验误差分析与改进铜盘的上表面是被样品覆盖的，散热铜盘在空气中80上下表面散热速率相同，于是稳态时铜盘散热速率自然冷却曲线170的表达式应修正为60250dQdTrRp+2rRphp=-mc$2(4)T(℃)40强迫冷却曲线2dtdt2rRp+2rRphp30式中Rp和hp分别是下散热铜盘的半径和厚度，20050100150200250300由（1）、（2）、（3）

6、、（4）式可得橡胶的导热系数：t/S2hp+Rp1hdT(5)m=mc2h:2::p+2RprRT1-T2dtT=T图2自然对流冷却曲线和强迫对流冷却曲线2在（5）式中R和h为橡胶盘的半径和厚度，Rp、hp、R、h、m、c、T1、T2都可以由实验准确测出，3数据处理方法改进因此只要测出散热铜盘P在T2向周围环境的散热速铜盘散热率是整个实验数据处理过程中的一个dT很重要的环节.为了降低这个过程中的人为误差，率dt即可求出橡胶的热导率.采用软件对温度-时间数据进行曲线拟合和斜率的[3]求解.2误差的主要来源以及改进本次实验数据处理使

7、用Origin软件，Origin是在冷却过程中仪器风扇的随意开启是本实验一种由美国OriginLab公司开发的图形可视化和数误差的主要来源，下面从冷却规律的角度深入讨据分析软件，使用该软件可精确完成制图、数值模论.对于冷却规律的相关研究表明，当发热体以对拟等一系列工作.在这里以Origin7.5为平台详细说数学流方式为主传递热量时，强迫对流和自然对流其热明用该软件处理实验数据的过程.流量梯度是不一样的.在文字表述上，自然对流指·表1散热铜盘P散热过程中温度变化表物理学由于发热体周围空间各处的流体温度或密度不同，t/s020406

8、080100120140160180200220240260280300形成温度梯度或密度梯度而引起的热量流动.而强T/℃41.139.338.036.936.035.234.433.733.032.431.831.230.730.229.429.3迫对流主要是